Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Frequenz elektrischer Impulse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Frequenz elektrischer Impulse.
Derartige Vorrichtungen sind in Vielzahl bekannt und gebräuchlich, wobei auch der Einsatz zur Messung zum Beispiel sinusförmiger Spannungen nach deren Umformung in Impulse gleicher Folgefrequenz oder zur Drehzahlmessung unter Vorschaltung eines als Impulserzeuger ausgebildeten Fühlers bekannt ist.
In der Regel wird dabei zur Frequenzermittlung entweder die während einer bestimmten Messzeit gemessene Impulszahl direkt einem Impulszähler zugeführt und gegebenenfalls - in einer der Messzeit entsprechenden Messbereichsdarstellung zur Anzeige gebracht, oder aber die für eine bestimmte Impulszahl benötigte Zeit gemessen und aus dieser der gesuchte Messwert errechnet.
Das erste dieser beiden Verfahren hat den Nachteil, dass bei niederen Frequenzen und entsprechend genauer Anzeige der Messvorgang erhebliche Zeit beansprucht, was insbesondere bei Drehzahlmessungen, wo zum Beispiel langsam rotierende Teile durch Fühler von Hand abgetastet werden, praktisch undurchführbar ist.
Das zweite bekannte Verfahren weist zwar wesentlich geringere Messzeiten auf, ist jedoch infolge der Notwendigkeit einer Berechnung der meist vielstelligen Werte technisch aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also eine Verkürzung der Messzeit auch bei relativ niederen Frequenzen zu erreichen und gleichzeitig den konstruktiven Aufwand derartiger Messeinrichtungen zu verringern.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sowohl die Anzahl der innerhalb einer bestimmten Messzeit auftretenden zu messenden Impulse, als auch die Zeitspanne zwischen dem letzten, gezählten Impuls und dem Ende der Messzeit ermittelt wird, dass daraufhin zunächst die aus der Impulszählung resultierende ganze Zahl zur Bildung der Messwertdarstellung von der höchstwertigen Stelle der ermittelten Zahl her herangezogen wird, und dass sodann der aus der Zeitmessung resultierende Wert nach Teilung durch den der Zeit einer Periode der Messfrequenz entsprechenden Wert zur Bildung der freigebliebenen Stellen verwendet wird.
Die Erfindung stellt also im wesentlichen eine Kombination der bekannten Impulszählung unter Zugrundelegung einer festen zeitlichen Bezugsbasis mit dem neuen Merkmal der Berücksichtigung und Auswertung der beim Bekannten als Messfehler eingehenden Zeitspanne zwischen dem letzten gezählten Impuls und dem Ende der Messdauer dar.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung anwendbar für Messgeräte mit einem sich über mehrere Stellen erstreckenden Messbereich, wobei dieser jedoch so gewählt werden muss, dass in jedem Fall eine Mindestanzahl von Stellen durch direkte Mess-Impuls-Zählung gespeist werden kann. Darüber hinaus ist als wesentlicher Vorteil hervorzuheben, dass auch bei niederen Drehzahlen der Messvorgang lediglich so lange dauert, wie als Zeitbasis vorgegeben ist, wobei jedoch die Genauigkeit von reiner Periodenmessung erreicht wird.
Vorteilhaft ist gleichfalls, dass infolge der Beschränkung des Rechenvorganges auf die von der Messwert-Impuls-Zählung nicht gespeisten Stellen das Ausmass von Speicher und Rechenwerken weitgehend reduziert werden kann; insbesondere bei batteriegespeisten Geräten führt dies infolge geringeren Stromverbrauchs zu Einsparungen durch Verringerung der Batteriekapazität.
Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, welche eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt, näher erläutert.
Wie dargestellt, ist ein 2 Dekaden umfassender Impulszäh ler 1 einerseits direkt mit Impulseingang 2 verbunden und empfängt andererseits vom Zeitgeber 3 jeweils zur Durchführung einer Messung entsprechende Aktivierungssignale.
Impulszähler 1 ist mit einem zweiten Impulszähler 5 zu einer Zähleinrichtung zusammengefasst, welche den darzustellenden Messwert ermittelt.
Impulseingang 2 ist darüber hinaus mit Bereichswahlautomatik 4 verbunden, welche in Abhängigkeit von der Dauer der ersten Periode des Messwert-Impulses ermittelt, ob die während einer von Zeitgeber 3 bestimmten Zeitbasis am Impulszähler 1 anzulegenden Impulse durch die zwei Dekaden des Impulszählers 1 dargestellt werden können, oder ob eine Einbeziehung einer oder mehrerer Dekaden vom Impulszähler 5 über Leitung la erforderlich ist. Die Bereichswahlautomatik steuert über Leitung 6 Impulszähler 5 in der beschriebenen Weise an, wobei auch gleichzeitig entsprechende Kommasetzung bewirkt wird.
Zeitgeber 3 weist einen HF-Generator 3b auf, welcher über Leitung 7 eine hochfrequente Impulsfolge an Zähler 8 abgibt, der mit Zähler 9 zur Recheneinheit 10 zusammengefasst ist.
Bereichswahlautomatik 4 aktiviert während der ersten Periode über Leitung 11 Zähler 8, so dass eine der Periodendauer entsprechende Anzahl von Impulsen aufaddiert und gespeichert wird. Nach Ablauf der ersten Periode wird über Leitung 3a Startsignal an Zeitgeber 3 gegeben und somit die Direkt Zählung der Messwert-Impulse im Impulszähler 1 sowie - je nach Messfrequenz - auch in Impulszähler 5 eingeleitet. Durch die abfallende Flanke jedes Messwert-Impulses wird jeweils Zähler 9 aktiviert, so dass die an Leitung 7 gelegten Impulse gezählt werden, wogegen jeweils die ansteigende Flanke des darauffolgenden Impulses eine Rückstellung und Löschung des Zählerinhaltes bewirkt.
Sobald jedoch die durch Zeitgeber 3 vorgegebene Messzeit abgelaufen ist, wird die Abgabe von Impulsen über Leitung 7 unterbrochen und darüber hinaus werden durch Steuersignale über Leitung 12 und 13 die im Impulszähler 1 beziehungsweise 9 aufgelaufenen Werte fixiert und die weitere Zählung unterbrochen. Gleichzeitig erfolgt Aktivierung von Rechenwerk 10, welches Quotientenbildung aus Inhalt des Zählers 8 (Dividend) und des Zählers 9 (Divisor) vornimmt und Ergebnis an diejenigen Dekaden von Zähler 5 weitergibt, welche bei der direkten Mess-Impuls-Zählung nicht belegt wurden. Zur Darstellung des Messergebnisses sind Impulszähler 1 und 5 mit Anzeigeeinrichtungen 14 beziehungsweise 15 in Form von Ziffern-Anzeigeröhren verbunden.
Ersichtlicherweise ist also eine variable Aufteilung der Messung vorgesehen, wobei je nach zu messender Frequenz eine teilweise Belegung der Anzeigestellen durch einfache Impulszählung während der Zeitbasis erfolgt.
Sofern das Eingangssignal entsprechend hochfrequent ist, kann dabei als Grenzfall auch eine Ansteuerung aller Impulszähler durch direkte Zählung der Messwert-Impulse erfolgen.
Bei niederen Frequenzen erfolgt jedoch die vorstehend beschriebene Aufteilung der Stellen und getrennter Anschluss an Impulseingang 2 beziehungsweise Rechenwerk 10. Da der im Zähler 8 befindliche Wert der Zeit einer Periode der Messfrequenz und der im Zähler 9 befindliche Wert der Zeit zwischen letztem Messwert-Impuls und Ende der Zeitbasis entspricht, wird durch die Division und gleichzeitige Kehrwertbildung ein Wert in Form eines Impulspaketes erreicht, welcher exakt den bei der Direkt-Zählung noch nicht ermittelten niederwertigen Stellen des darzustellenden Messwertes entspricht und somit direkt in Impulszähler 5 eingegeben werden kann.
Method and device for measuring the frequency of electrical pulses
The invention relates to a method and a device for measuring the frequency of electrical pulses.
Such devices are known and used in large numbers, the use of, for example, sinusoidal voltages after their conversion into pulses of the same repetition frequency or for speed measurement with an upstream sensor configured as a pulse generator being known.
As a rule, to determine the frequency, either the number of pulses measured during a certain measuring time is fed directly to a pulse counter and, if necessary - displayed in a measuring range display corresponding to the measuring time, or the time required for a certain number of pulses is measured and the measured value is calculated from this.
The first of these two methods has the disadvantage that the measuring process takes a considerable amount of time at low frequencies and a correspondingly more precise display, which is practically impracticable, especially for speed measurements, where, for example, slowly rotating parts are scanned by hand.
The second known method has significantly shorter measurement times, but is technically complex due to the need to calculate the mostly multi-digit values.
The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known, in particular thus achieving a shortening of the measuring time even at relatively low frequencies and at the same time reducing the design complexity of such measuring devices.
According to the invention, this object is achieved in that both the number of pulses to be measured occurring within a certain measuring time and the time span between the last, counted pulse and the end of the measuring time are determined, and then the whole number resulting from the pulse counting is determined Formation of the measured value representation is used from the most significant digit of the determined number, and that then the value resulting from the time measurement after division by the value corresponding to the time of a period of the measurement frequency is used to form the remaining free places.
The invention therefore essentially represents a combination of the known pulse counting on the basis of a fixed time reference base with the new feature of taking into account and evaluating the time span between the last counted pulse and the end of the measurement period, which is known as a measurement error.
The invention can be used particularly advantageously for measuring devices with a measuring range extending over a number of points, but this must be selected so that in each case a minimum number of points can be fed by direct measuring pulse counting. In addition, it should be emphasized as an essential advantage that, even at low speeds, the measuring process only lasts as long as is specified as the time base, but the accuracy of pure period measurement is achieved.
It is also advantageous that as a result of the limitation of the arithmetic process to the places not fed by the measured value pulse counting, the size of the memory and arithmetic units can be largely reduced; In particular in the case of battery-powered devices, this leads to savings due to lower power consumption by reducing the battery capacity.
The invention is explained in more detail below in an exemplary embodiment with reference to the drawing, which shows a schematic representation of a device according to the invention.
As shown, a pulse counter 1 encompassing two decades is on the one hand directly connected to the pulse input 2 and on the other hand receives activation signals from the timer 3 in each case for carrying out a measurement.
Pulse counter 1 is combined with a second pulse counter 5 to form a counting device which determines the measured value to be displayed.
Pulse input 2 is also connected to automatic range selection 4, which, depending on the duration of the first period of the measured value pulse, determines whether the pulses to be applied to pulse counter 1 during a time base determined by timer 3 can be represented by the two decades of pulse counter 1, or whether it is necessary to include one or more decades from the pulse counter 5 via line la. The automatic range selection controls the pulse counter 5 via line 6 in the manner described, with the corresponding comma setting being effected at the same time.
Timer 3 has an HF generator 3b, which emits a high-frequency pulse train via line 7 to counter 8, which is combined with counter 9 to form arithmetic unit 10.
Automatic range selection system 4 activates counter 8 via line 11 during the first period, so that a number of pulses corresponding to the period duration is added up and stored. After the first period has elapsed, the start signal is sent to timer 3 via line 3a, thus initiating direct counting of the measured value pulses in pulse counter 1 and - depending on the measuring frequency - also in pulse counter 5. The falling edge of each measured value pulse activates the counter 9 so that the pulses applied to line 7 are counted, whereas the rising edge of the following pulse causes the counter content to be reset and deleted.
However, as soon as the measurement time specified by timer 3 has elapsed, the delivery of pulses via line 7 is interrupted and, in addition, the values accumulated in pulse counters 1 and 9 are fixed by control signals via lines 12 and 9 and further counting is interrupted. At the same time, arithmetic unit 10 is activated, which calculates quotients from the content of counter 8 (dividend) and counter 9 (divisor) and forwards the result to those decades of counter 5 that were not used in the direct measurement pulse counting. To display the measurement result, pulse counters 1 and 5 are connected to display devices 14 and 15, respectively, in the form of digit display tubes.
Obviously, a variable division of the measurement is provided, depending on the frequency to be measured, the display positions being partially occupied by simple pulse counting during the time base.
If the input signal is correspondingly high-frequency, then, as a borderline case, all pulse counters can also be controlled by direct counting of the measured value pulses.
At lower frequencies, however, the above-described division of digits and separate connection to pulse input 2 or arithmetic unit 10 takes place. Since the value in counter 8 of the time of a period of the measurement frequency and the value in counter 9 of the time between the last measured value pulse and the end corresponds to the time base, a value in the form of a pulse packet is achieved through division and simultaneous formation of the reciprocal value, which corresponds exactly to the lower-order digits of the measured value to be displayed that have not yet been determined during direct counting and can therefore be entered directly in pulse counter 5.